PIWI/piRNA在精子细胞中的翻译激活作用研究

基本信息
批准号:31270840
项目类别:面上项目
资助金额:90.00
负责人:刘默芳
学科分类:
依托单位:中国科学院分子细胞科学卓越创新中心
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:袁瑶,赵爽,苟兰涛,戴鹏,胡云平,李锋,华敏敏
关键词:
转录后基因表达调控翻译激活PIWI精子形成piRNA
结项摘要

A unique feature in late stages of male-germ cell development is the remarkable compaction of sperm chromatin, which results in a drastic inhibition of transcriptional activity at spermiogenesis, the late stages of spermatogenesis. In this regard, the genes that are required for late spermatids and spermatozoa need to be transcribed in advance and stored as mRNAs in earlier stages of germ cells, including spermatocytes and round spermatids. This event states the critical importance of post-transcriptional regulation in spermiogenesis; however, the mechanisms underlying have remained largely unexplored. piRNAs are a novel class of animal germ cell-specific small noncoding RNAs that interact to PIWI family proteins. Recent studies indicate that PIWI/piRNA prevents the activity of mobile genetic elements from destabilizing DNA in animal germ cells, which protects the integrity of germ cell genome and thus is essential to gametogenesis. Our preliminary results showed that a few spermatid-specific mRNAs were co-immunoprecipitated with MIWI protein through RNA immunoprecipitation and deep sequencing assays. Intriguingly, our reporter assays showed that MIWI, in complex with specific piRNAs, up-regulated the expression of these mRNAs. These results suggest that PIWI/piRNAs, besides silencing mobile genetic elements in genome, are also involved in the regulation of gene expression in spermatids. Consistently, we found that MIWI interacted to eIF3f, a subunit of translational initiation factor eIF3 complex. In this research plan, we will study the physiological role and mechanism of MIWI/piRNA-mediated translational activation in spermiogenesis, and explore the molecular mechanism of post-transcriptional regulation of gene expression in late spermatids and spermatozoa. The obtained results may bring new insights into molecular information of abnormal development of spermatids and dysregulation of sperm maturation, and also may provide molecular target for diagnosis and therapeutics of male infertility.

在精子发生后期,因染色质被高度压缩致转录停止,为后期发育所需基因需提前转录为mRNA储存,因而转录后水平调控对精子形成和成熟至关重要,但目前对相关调控的分子机制还知之甚少。piRNA是一类动物生殖细胞特异性小分子非编码RNA。研究发现,piRNA特异性地与PIWI蛋白结合,沉默基因组移动遗传元件,维持生殖细胞基因组稳定性和完整性,为配子形成所必需。我们最近的研究发现,小鼠PIWI蛋白MIWI/piRNA结合多个精子细胞特异性mRNA并促进其表达,提示PIWI/piRNA还具有调控精子细胞基因表达的新功能;与之一致的是,我们还发现MIWI与翻译起始因子eIF3复合物亚基eIF3f相互作用。本项目将调查MIWI/piRNA介导的翻译激活作用在精子形成和成熟中的功能,解析精子细胞中转录后水平调控的分子机制。项目研究获得结果可为精子生成障碍提供分子信息,并为精子成熟异常导致的不育症诊治提供分子靶。

项目摘要

piRNA是一类动物生殖细胞特异性小分子非编码RNA。研究发现,piRNA特异性地与PIWI蛋白结合,沉默基因组移动遗传元件,维持生殖细胞基因组稳定性和完整性,为配子形成所必需,但目前对于PIWI/piRNA在生殖细胞中是否还发挥沉默转座元件以外的其它功能还了解不多。在该项目支持下,我们研究了小鼠PIWI蛋白(MIWI)及piRNA在小鼠精子细胞发育及精子形成中的新功能,并探索了HIWI(人PIWI)蛋白突变在无精症发生中的功能机制,主要获得了以下研究结果,包括:1)发现小鼠piRNA在精子形成后期触发其结合蛋白PIWI(MIWI)经APC/C-泛素化降解的新途径和piRNA诱导PIWI降解的新功能,揭示piRNA与MIWI蛋白以协同模式在精子形成后期被共同清除、piRNA作为“配体”调控其结合蛋白泛素化修饰的新机制,并提供了一种新型的蛋白泛素化降解调控模式;2)从无精患者中鉴定了拮抗HIWI(人源PIWI)蛋白泛素化修饰的D-box突变,并通过Knock-in小鼠模型发现,此类突变阻碍精子变形过程中的组蛋白-鱼精蛋白交换并导致精子形成异常及雄性不育;3)发现小鼠粗线期piRNA与其结合蛋白MIWI和脱腺苷酶CAF1组成pi-RISC复合物,指导精子细胞中mRNA大规模地脱腺苷酸化及降解,提供了精子发生后期父本mRNA清除的一种重要分子机制,揭示了piRNA除了沉默转座元件以外,还具有调控生殖细胞编码基因表达的新功能。总之,我们的这些发现揭示了PIWI/piRNA在哺乳动物精子形成过程中的一系列新功能。.发表资助项目标注6篇,包括研究论文5篇[Cell, accepted; Cancer Res, 2017, 77(1):100-111; Cell Res, 2014, 24(2):254-257;Cell Res, 2014, 24(6):680-700; Dev Cell, 2013, 24(1): 13-25]、应邀综述论文1篇[WIREs RNA, 2014, 5(6):733-745],申请发明专利一项(申请号201610525017)。此外,项目负责人在项目执行期间获得基金委“国家杰出青年科学基金”,培养了5名博士研究生毕业取得博士学位,4名硕士研究生毕业取得硕士学位。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DOI:10.3969/j.issn.1673-1689.2021.10.004
发表时间:2021
2

转录组与代谢联合解析红花槭叶片中青素苷变化机制

转录组与代谢联合解析红花槭叶片中青素苷变化机制

DOI:
发表时间:
3

山核桃赤霉素氧化酶基因CcGA3ox 的克隆和功能分析

山核桃赤霉素氧化酶基因CcGA3ox 的克隆和功能分析

DOI:10.13925/j.cnki.gsxb.20200115
发表时间:2020
4

精子相关抗原 6 基因以非 P53 依赖方式促进 TRAIL 诱导的骨髓增生异常综合征 细胞凋亡

精子相关抗原 6 基因以非 P53 依赖方式促进 TRAIL 诱导的骨髓增生异常综合征 细胞凋亡

DOI:
发表时间:2018
5

东部平原矿区复垦对土壤微生物固碳潜力的影响

东部平原矿区复垦对土壤微生物固碳潜力的影响

DOI:10.13225/j.cnki.jccs.xr21.1686
发表时间:2022

刘默芳的其他基金

批准号:31170754
批准年份:2011
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:91940305
批准年份:2019
资助金额:800.00
项目类别:重大研究计划
批准号:91219306
批准年份:2012
资助金额:200.00
项目类别:重大研究计划
批准号:91640201
批准年份:2016
资助金额:310.00
项目类别:重大研究计划
批准号:30770474
批准年份:2007
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:30970621
批准年份:2009
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:90919016
批准年份:2009
资助金额:65.00
项目类别:重大研究计划
批准号:91419307
批准年份:2014
资助金额:200.00
项目类别:重大研究计划

相似国自然基金

1

PIWI/piRNA作用通路介导调控精子DNA损伤的研究

批准号:81401255
批准年份:2014
负责人:李洁
学科分类:H0405
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
2

PIWI/piRNA代谢调控在哺乳动物精子形成中的功能机制研究

批准号:31300656
批准年份:2013
负责人:赵爽
学科分类:C0509
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

PIWI/piRNA在哺乳动物精子形成及男性不育中的功能机制

批准号:91640201
批准年份:2016
负责人:刘默芳
学科分类:C0503
资助金额:310.00
项目类别:重大研究计划
4

piRNA/PIWI在哺乳动物精子发育过程的表观遗传调控与功能机制

批准号:91219306
批准年份:2012
负责人:刘默芳
学科分类:C0601
资助金额:200.00
项目类别:重大研究计划